宇宙中不只存在人类一种文明——这是从统计学的角度来看的结论。

科技的飞速发展和人口的爆炸使得外星文明必然会朝着扩张的方向发展,并具备星际移民的能力。
从理论上来说,在宇宙大爆炸138.2亿年后的今天,早期诞生的外星文明完全有可能在宇宙范围内殖民并留下痕迹。
一、未发现外星文明的痕迹
直到现在,天文学界仍未在宇宙中发现外星文明的痕迹,地球上的所谓UFO影像也依然模糊不清。
在如今普及了手机摄像头的世界里,一旦遇到拍摄UFO的情况,像素似乎会瞬间回到过去。
这引发了一个矛盾的问题:在数学上几乎可以确定存在外星文明的情况下,宇宙却显得异常寂静。
二、宇宙中是否真的只存在人类这一种文明
于是费米悖论应运而生。
费米悖论指出,在宇宙漫长的历史和庞大的星体数量下,地外生命应该遍布宇宙,并且早就被人类发现。
即使星际移民的门槛过高,智慧生命体所进行的无线电波通信也应该被人类捕捉到。
然而,在几十年的电磁波搜寻中,没有一个信号包含着智慧生命的特征。

因此,科学家提出了一个想法:是否是因为外星文明的存在方式超出了人类的理解范围呢?也许火星上的石头、木星大气层中的气旋或者冥王星上的固态冰都是这些星球上的生命形式,只是它们的生命形态太过特殊,人类无法理解而已。
三、外星生命的猜测
1、外星生命不一定以我们能够理解的方式存在。
就像地球上的万千物种受环境影响而演化出各种不同形态一样,即使是同一物种,由于地域的差异也会产生微小的外观差异。
例如,居住在高纬度靠近两极地区的人们,由于那里更加寒冷,土著居民的鼻子会更挺拔细长,这样可以通过更长的鼻道对呼入的空气进行加热。
2、宇宙中众多星球上的生命也会根据所处环境的不同而演化,最终形成与人类截然不同的外观。
例如,2017年10月19日访问太阳系的疑似外星飞船奥陌陌,它的形状细长,酷似雪茄。
尽管天文学界将其归类为彗星,但仍有很多人相信奥陌陌是外星飞船。
只是这艘飞船无法被人类所理解而已。
在地球上,所有的生命都属于碳基生命,但如果外星文明和文明是以硅为基础的话,人类也无法理解它们。
硅位于元素周期表中碳的下方,两者属于同一族,具有许多相似性但硅生命与碳生命之间的差异可能非常巨大。
硅生命可能在高温、高压、极端酸碱条件下存活,而这些条件对碳生命来说是致命的。
硅生命也可能不需要水作为生存必需品,而是依赖其他液体或气体。

此外,硅生命的代谢方式、遗传机制和行为模式可能与地球上的生命形式完全不同。
3、外星文明的技术水平也可能远远超越人类。
他们可能掌握了我们无法想象的科学和技术,使用超越人类理解的能源形式,或者运用了我们尚未发现的物理规律。
这些高级科技可能使他们能够以我们难以察觉的方式进行通信或旅行,因此我们至今未能发现他们的存在。
尽管我们目前尚未找到直接证据证明外星文明的存在,但根据宇宙的巨大规模和多样性,外星文明的存在几乎是数学上的必然。
然而,我们需要保持开放的思维,并意识到外星文明的存在形式可能远远超出我们的想象。
随着科学技术的进步,我们可能会逐渐解开这个宇宙中的谜题,并与外星文明相遇。
它说,一个系统的熵只会随时间增加,不会减少。
这也是唯一一条能指明"时间箭头"朝哪走的物理定律。
熵,说白了就是无序的程度:熵越低,结构越有序;熵越高,越散乱。
糖从浓处向淡处扩散、气体膨胀、咖啡放凉,背后都是熵在增加。
人们相信,宇宙的演化也遵循这条定律。
宇宙早年处于低熵状态,一路演化到高熵。
可就在这个过程中,宇宙造出了一些极其复杂的结构——星系就是代表。
星系的熵很低,却是在一个高熵的环境里形成的。
这看起来像是在违反第二定律。
这个存在已久的矛盾,正是物理学家金妮斯特拉·比安科尼想解决的难题。
引力、熵与量子信息的交织,是比安科尼理论的视觉主题(图片来源:Physics World) 在爱因斯坦的广义相对论里,有个叫"度规"的数学对象,描述时空是怎么弯曲的;物质沿着这条弯曲走,就表现成了引力。
而在量子力学里,"算符"是对量子态做变换的数学工具。
比安科尼的关键一步,就是把这个"度规"当成量子算符来用,用量子化的方式描述时空的几何。
这样一来,会冒出两个"度规":一个是"真实"的时空度规,一个是由物质和能量诱导出来的度规。
两者之间"差多少",用量子信息论里的一个量来度量,叫量子相对熵。
正是这两个几何之间的量子相对熵,决定了时空怎么演化——换句话说,它给出的运动方程,就是引力。
在低曲率极限下,这套方程能精确还原爱因斯坦的广义相对论。
可一旦超出这个极限,方程就得被一个叫"G场"的对象修正。
G场生出一个暗能量项,而且是动态的。
暗能量被认为是直接推动宇宙膨胀的东西;在标准广义相对论里,它由静态的宇宙学常数驱动。
现在冒出一个动态的暗能量项,就有了被实验检验的机会。
比安科尼又把这套理论用到了弗里德曼-罗伯逊-沃克(FRW)宇宙模型上。
这是广义相对论对宇宙行为的一级近似,假设宇宙各向同性、处处均匀、且在膨胀。
膨胀由宇宙的主导成分驱动——暗物质、普通物质,或辐射。
宇宙膨胀时,体积变大,总熵也跟着变大。
但正因为体积涨得更快,单位体积里的熵——也就是熵密度——反而随时间下降。
总熵在涨,局部熵密度却在降,这就给了星系、甚至生命这类低熵结构一个在膨胀宇宙里被造出来的机制。
那这算不算违反第二定律?比安科尼用非空的 FRW 宇宙算了一遍总熵:要把熵密度在整个时空区域上积分,而因为体积随时间变大,总熵成了时间的函数——膨胀的速度超过了熵密度衰减的速度。
所以对辐射主导和物质主导的宇宙,总熵依然随时间增加,第二定律照样成立,尽管局部熵密度在下降。
比安科尼强调,GfE 理论还很年轻,需要实验来验证。
但这项工作揭示了它内在的热力学本质,为经典引力与量子引力都打开了新路——把引力用"量子信息"和"熵"来表述,也许正是通向"量子化引力"这个百年难题的另一条路径。
引力,也许并不是什么神秘的基本力,而只是信息与熵的必然结果。
若真如此,宇宙为什么要演化、为什么能长出星系和生命,答案也许就藏在这条最普通的第二定律里。
来源:S. Jones, "Could quantum information theory explain universe evolution?" Physics World, 14 Sep 2026. 报道所引研究:G. Bianconi, Physical Review D.
每次模拟都追踪了13.4万亿个暗物质粒子在286亿光年宽度区域内的演化过程。
这一成果有助于科学家研究宇宙暴胀,并为分析大型巡天观测数据提供重要支撑。
左图为百亿亿次级模拟生成的全天空光锥图;右图外圈显示宇宙微波背景辐射,扇区分别展示视线速度(红/蓝)、物质密度(灰)和引力势(绿/蓝)。
图片来源: 美国阿贡国家实验室 宇宙暴胀理论认为,极早期宇宙曾经历一段短暂而剧烈的快速膨胀。
这一过程将微观量子涨落拉伸到宇宙尺度,留下微小的密度差异;随后,引力把这些差异不断放大,最终形成我们今天看到的星系、星系团和宇宙大尺度结构。
然而,暴胀背后的具体物理机制仍未完全确定。
通过研究物质在宇宙中的分布,有望找到更多线索,探索宇宙最早期的秘密。
暗物质无法被望远镜直接看见,却凭借引力主导星系形成,并塑造更大尺度的宇宙结构。
在模拟中,暗物质粒子被用作暗物质密度和速度分布的“示踪剂”,团队由此得以追踪宇宙结构跨越数十亿年的演化轨迹。
标准宇宙暴胀模型预测,早期宇宙的密度涨落服从高斯分布,也就是最简单的一类随机模式。
科学家正努力寻找其中可能存在的微小偏差,即“原始非高斯性”。
一旦发现可测量的偏差,就可能暗示暴胀时期还存在其他场、相互作用或动力学过程,从而帮助区分关于宇宙最初时刻的不同理论。
然而,这类信号极其微弱,还可能被“宇宙方差”掩盖——由于观测只能采样宇宙的有限体积,统计不确定性难以完全消除。
因此,探测此类信号需要覆盖最大宇宙尺度的超大规模模拟。
而如此规模的模拟对算力要求极高。
团队在阿贡国家实验室的“极光”超级计算机上完成了计算。
模拟及大部分数据分析约4天完成,目标正是揭示宇宙暴胀的物理本质。
这些模拟数据将助力分析多项大型巡天项目,包括美国能源部支持的暗能量光谱仪(DESI)和NASA的SPHEREx任务,两者目前均处于数据采集阶段。
模拟与前沿观测相互印证,将共同描绘出更为精细的宇宙图景,推动人类对宇宙起源与演化的探索。
来源:科技日报